Dünyamızın Uydusu Ay
Ay, Dünyanın tek doğal uydusudur ve bazı özellikleri nedeniyle Güneş sisteminin değişik bir üyesidir. 3.476 kmlik çapıyla Dünyanın dörtte biri büyüklüğündedir ve 81,3 kat daha hafiftir. Güneş sisteminde Aydan hem daha büyük, hem de daha ağır uydular bulunmasına karşın, Plutonun yeni keşfedilen uydusu dışında hiçbiri, uydusu oldukları gezegenlerden yoğunluk ve hacim bakımından fazla farklı değildir. Dünya-Ay sistemi tam anlamıyla çift gezegen oluşturmaktadır.
Gökbilimsel Veriler
Ay, Dünyanın çevresinde, Dünyanın Güneş çevresinde döndüğü düzleme 5° 8 43 bir eğimi olan elips biçimli bir yörünge üzerinde döner. Dünyaya olan uzaklığı 356.000 km ile 407.000 km arasında değişir; ortalama uzaklığı 384.000 kmdir. Bu uzaklık en yakın durumda olduklarında bile Venüs ve Merihe olan uzaklığın %1i kadardır. Gökyüzünde gördüğümüz Ay yuvarlağının çapı 31 5 2 dolayındadır.
Ayın Dünya çevresindeki dönüşünü tamamlayarak gökyüzünde eski durumunu alması, 27 gün, 7 saat, 43 dakika ve 11,6 saniye alır. Dünya Güneşin çevresinde Ayın dönüş yönüyle aynı yönde döndüğü için aynı görünüşe ulaşılması 29 gün, 12 saat, 44 dakika ve 2,8 saniye sürer. Bu süre iki dolunay arasındaki zamana eşittir ve çok eski zamanlardan beri bilinmektedir. Ay'n ortalama hızı, 1,023 km/saniyedir. Ve bu değer ortalama açısal hız olarak saatte 33 dakikalık bir açıya eşdeğerdir; bu da Ayın çapından biraz fazladır.
Uzaydaki hareketinin yanısıra Ay, 27 gün, 7 saat, 43 dakika ve 11,6 saniyede kendi ekseni çevresinde de döner. Bunun sonucu olarak hemen hemen her zaman aynı yüzü Dünyaya dönüktür. Yörüngesel hareketindeki düzensizlikler ve yörüngesinin ekliptik düzleme eğik olması optik titremeler yaratarak Dünyadan Ayın yüzeyinin %59unun görünmesini sağlar. Kalan %41lik bölüm, Luna 3 adlı Rus uzay gemisinin Ekim 1959da fotoğraflarını çekmesine kadar bilinmiyordu. O günden bu yana ayrıntılı haritaları çıkarılmıştır.
İç Yapısı
Ayın iç yapısına ilişkin en önemli ipuçlarını yoğunluğu ve hacmi verir: Ortalama yoğunluğu 3,34 gr/cm3tür. Apollo Programı 31in Aydan Dünyaya getirdiği taşların yoğunluğu 3,1 ve 3,5 gr/cm3 arasında değiştiği için, bu bulgu Ayın iç yapısının dış yapısından çok fazla farklı olması yani yoğunluğunun çok farklı olması- olasılığını azaltmaktadır.
Ayın litostatik basıncı, yüzeyde sıfır ve merkezde 47,1 kilobar, litosferin çoğu yerindeyse ortalama 10 kbdır. Bu değer, tipik Ay taşlarının ezici gücünün de üzerindedir ve bu yüzden egemen olan basınç, kütlesinin çoğunun katı maddelerden oluşmasına karşın Ayın küresel biçimli olmasını sağlar. Kütlesinin sertliği, Apollonun Ay yüzeyine yerleştirdiği sismograflarca da doğrulanmıştır. Tüm kanıtların ışığında, Ayın depremler açısından Dünyadan çok daha sakin olduğu görülmektedir.
Kaydedilen Ay sarsıntılarının merkezlerinin Ayın kabuğunun 600-900 km altında olduğu saptanmıştır. Bu sarsıntıların sismik kayıtlarının gösterdiği basınç ve esnek dalgalar, bu dalgaların yayıldığı katmanların sıvı olamayacağını göstermektedir. Ay sarsıntılarının sönme süresinin bu denli uzun olması, Ay yüzeyinin ölçülebilen miktarda sismik dalgalar yayabilmesi için oldukça çatlak katmanlardan oluştuğunu göstermektedir.
Sismik kayıtların gösterdiği sertlik derecesine koşut olarak, Ayın uzaydaki hareketi boyunca Güneş rüzgarıyla etkileşmesinin kayıtları da Ayın bir iletken gibi davrandığını doğrular. İletkenliği, 1.500° Cde hala katı gibi davranabilen silikon taşlarınkine denktir. Ayın iki kutuplu bir magnetik alanının olmaması, Ayın madeni bir çekirdeği olmadığını kanıtlar.
Kimyasal Yapısı
Ayın kimyasal yapısına ilişkin ilk verileri, 1969 yılında Apollo Dünyaya getirdi. Bu verilerin dayandığı taşlar Ayın yüzeyinden alınmış olmasına karşın, Ayın iç yapısının fazlaca farklı olduğunu düşünmek için bir neden yoktur. Atomik bileşim olarak Ayda en fazla bulunan element oksijendir: Ayın kabuğunun ağırlık olarak %60ını oluşturur. Oksijeni, %16-17 ile silikon, %6-10 ile alüminyum, %4-6 ile kalsiyum, %3-6 ile magnezyum, %2-5 ile demir ve %1-2 ile titanyum izler. Tüm diğer elementler ağırlık olarak %1den daha azdır. Oksijen, silikon ve alüminyum, Ayda da Dünyada bulundukları miktara yakın miktarda bulunurlar. Demir ve titanyum miktarları Ayda daha fazladır; alkali metaller, kömür ve nitrojense Dünyaya oranla daha az bulunur.
Bu elementlerden oluşan bileşiklerden silis (SiO2), ağırlık olarak Ay kabuğunun %40-50sini oluşturur. Dünyanın kabuğundaki silis miktarı %48,5tir. Demir oksit (FeO) ve kalsiyum oksit (CaO) Ayın kabuğunda %10-20lik bir ağırlık taşırlar. Tüm oksitlenmiş bileşikler Ayda oksitlenmelerinin en düşük durumunda bulunurlar: çünkü, 1.100-1.200° C ısılarda katılaşmışlardır. Ayda H2Onun (suyun) hiçbir biçimi bulunmaz; ayda su izine rastlanmamıştır. Ayda bulunan hidrojen, Güneş rüzgarlarınca taşınmıştır ve oksitlenmeyle oluşan su, hemen Güneş tarafından ayrıştırılır.
Yüzey Özellikleri
Daha ayrıntılı teleskopik ve uydu gözlemleri olduğu kadar çıplak gözle yapılan gözlemler de Ayın iki farklı türde araziden oluştuğunu gösterir. İlki engebeli, daha parlak, dağlarla doludur ve Ayın görünen yarısının üçte ikisini görünmeyen yarısınınsa onda dokuzunu kaplar. İkinci türe Latince denizler anlamına gelen maria adı verilir. Kıtalar için kullanılan yükseklikler sözcüğü de, gerçek anlamı düşünüldüğünde, o alanın tümü yüksek olmadığı için yanlıştır. Maria da, o alanın suyla hiç ıslanmadığı düşünüldüğünde yanlış bir addır.
Ayın teleskoplarla incelemesi sonucunda tüm yüzeyinin kraterlerle kaplı olduğu anlaşılmıştır. Kraterlerin sayıları çok fazladır; büyüklükleri, Mare İmbrium (Yağmur denizi) ya da Mare Orientale (Doğu denizi) gibi oluşumların 1.000 km genişliğinden, Apollonun Dünyaya getirdiği saydam taşların oluşturduğu 10-20 mikronluk çukurlara kadar değişir. Bu oluşumların kökeni artık belirlenmiştir: Asteroitlerden kuyrukluyıldızlara kadar çeşitli gök cisimlerinin etkisiyle oluşmuşlardır. Ayın yüzeyi bir atmosfer tabakasıyla kaplı olmadığı için, Aya çarpan tüm cisimlerin Ay üzerindeki etkileri, saniyede birkaç kilometrelik kozmik hızlarla oluşmaktadır. 3 km/saniye hızla hareket eden bir parçacık, aynı ağırlıktaki TNTnin patlamasıyla çıkan enerjiye eşit miktarda kinetik enerjiye sahiptir. Bu kinetik enerji bir etkiyle harcandığında, mekanik ya da ısıl enerji olarak başka bir biçim alır; sonuç, krater adı verilen izlerdir. Küçük ve orta büyüklükteki kraterler, vuruş merkezindeki taş tabakalarını ortaya çıkaracak biçimde oluşmuştur. 100 kmlik büyük kraterlerin oluşumunda ortaya çıkan ısı, tüm krater yüzeyinin eriyik maddelerle kaplanmasına yolaçmıştır. Ayın yüzeyindeki en büyük oluşumlardan dairesel Mariada yüzeyin lavlarla kaplanması, kraterin oluşumundan yalnızca birkaç yüz milyon yıl sonra oluşmuştur.
Bu bilgiler, Apollonun getirdiği Ay taşlarının mineral bileşimiyle tamamen uyuşmaktadır. Mineraloji açısından Ay mariasının çukurlarını kaplayan koyu saydam maddenin ana yapısı, bazaltlı gabbro olarak tanımlanabilir. Bu madde, Dünyadaki lavlara benzerse de demir ve titanyumca daha zengindir. Buna karşı, kıtasal alanları oluşturan taşlar, Dünyadaki granitlere benzeyen feldispat taşlarıdır. Bunlar, Anortozit denen bir çeşit saf feldispat içerirler. Anortozitler bazalt taşların demir ya da magnezyumunu alüminyumla değiştirip onların hem daha açık renkli olmasını sağlamış, hem de ağırlıklarını azaltmıştır. Ayda anortozitlerin bulunması, Ayın kabuğunun kimyasal olarak farklılaşmış ve demir gibi ağır elementlerin daha hafif bileşenlere ayrılmış olduğunu gösterir. Buna ek olarak, anortozitler çoğunlukla iri taneli mineraller içerirler. Bunun anlamıysa, eriyik durumundayken yavaş yavaş soğudukları, dolayısıyla bu olayın Ay yüzünde gerçekleşmediğidir.
Aydaki kayaların fiziksel dokusu, kimyasal bileşimlerinden daha da ilginçtir. Çünkü bu doku, Ay yüzeyi oluşumlarının kökenini ortaya koymaktadır. Dikkat çekici olan, Ay kıtalarından getirilen gereçlerin ağırlıkla %85-90ını breşlerin oluşturmasıdır. Breşler, önceden var olan billursu yapıdaki kayalardan oluşan polimiktik (çeşitli maden tozlarından oluşan) konglomeralardır. Bu kayalar, ilk katılaşmalarından önce ortaya çıkan olaylar sonucu, farklı kökenlerden türemiş köşeli parçalar oluşturarak kaynaşmışlardır. Böylesi breşlerin yapısında ani başkalaşımlar (yüksek sıcaklığın ve çarpmayla oluşan basıncın yol açtığı değişiklikler) belirgin biçimde görülür. Buradan da, çeşitli büyüklüklerdeki gök cisimlerinin yüksek hızlarla Ay yüzeyine çarparak breşlerin kendilerine has yapısını değiştirdiği kesin olarak anlaşılmaktadır. Ay yörüngesindeki uzay araçları, yerçekiminin son derece yüksek olduğu bölgeler buldu. Maskon adı verilen bu bölgeler, genellikle maria alanlarının pek çoğunun altında bulunur. Bunların, çarpma etkileriyle maria alanlarını oluşturan cisimlerdeki maddelerin ya da aynı alanların lav püskürmesi sonucu eriyik durumundaki iç katmanlardan gelen volkanik kayalardaki yoğun maddelerin derine gömülmüş artıklarının kimi yerlerde yoğunlaşması sonucu ortaya çıktıkları düşünülmektedir.
Sıcaklık
Ayın tek ısı kaynağı Güneştir, dolayısıyla atmosferden yoksun olmasaydı ortalama sıcaklığı yeryüzününkiyle aynı olacaktı. En yüksek ve en düşük sıcaklıklar arasındaki fark çok yüksektir. Güneşin hemen altındaki Ayın tropikal bölgesinde yüzey sıcaklığı 130° Cdir; ancak, yüzey gün batımına doğru hızla soğur ve gece yarısıyla Güneşin doğması arasında 173° C düşer. Bu yüzden Ayın tropikal bölgesindeki günlük sıcaklık değişimi, 300° Cı geçer; suyun günlük kaynama sıcaklığının çok yukarılarından sıvı havanın sıcaklığına kadar değişiklikler gösterir. Ancak bu alt ve üst sınırlar, yalnızca tropikal bölge ve uzaya açık yüzey için geçerlidir. Ay yüzeyindeki maddelerin yalıtıcı özelliklerinden ötürü, günlük sıcak ya da soğuk dalgaları, yarım metreden daha aşağısını etkilemez: Bu derinliklerde radyo spektrumu içinde kalan ısı yayılımı gün boyunca sabit kalır ve -30° C dolayında bir ortalama sıcaklığa denktir.
Oluşumu
1969-72 yılları arasında Apollo ekiplerinin Ayın çeşitli yerlerinden topladıkları kayaların radyometrik yüzölçümleri, Ayın yerbilimsel tarihine ilişkin kanıtlar ortaya koydu. Her bir bölgede bulunan maddeler arasındaki en eski parçacıkların yaşı, 4,5-4,6 milyar yıl arasındaydı. Bilinen en eski krondritik meteorların yaşı da bu civarda olduğundan, tüm Güneş sisteminin yaşı da 4,6 milyar yıl olabilir. Bu yaştaki hiçbir madde büyük parçalar halinde duramayacağından Ayın oluşumunun ilk 200 ya da 300 milyon yılı sırasında, yani bombardıman etkisi yapacak gezegenler arası maddelerin büyük ölçüde yok olmasından önce, Ay yüzeyinin bombalanması sonucu bu maddeler, parçalanıp Ayın dört bir yanına taşınmış olabilir.
Yaş ölçümü sonuçları, Ayın değişik bölgelerini ortadan kaldıran ve kraterler oluşturan çarpmaların büyük bir bölümünün, Ayın oluşumunun ilk 500 milyar yılı içinde gerçekleştiğini gösterdi. Dairesel maria olarak bildiğimiz oyuklara yolaçan bu çarpmaların en büyüğü, Ayın oluşumundan 400-800 milyon yıl sonra ya da günümüzden 3,3-3,8 milyon yıl önce gerçekleşti. Oluşumunun ilk 800 milyon yılında Ay yüzeyinde başka bir bazalt görülmedi, 600 milyon yıl sonrasına kadar da yeni bazalt oluşmadı.
Ayın yaşamının üçte ikisinden çoğunu oluşturan geçtiğimiz 3 milyar yıl içinde, Ayda başka bir şey olmadı. Taşlarla kaplı yüzü kozmik havanın etkisinde kalmaya devam etti ve yeni çarpmaların sıklığı giderek azaldı. Sonraki milyonlarca yıl süresince, Ayın yüzeyi gitgide taşlaşmış bir buruşukluk kazandı. Bu geçen uzun zaman içinde Ayda gerçekleşen gelişmeler Güneş sisteminin durumunu yansıtmaktadır; Ay, adeta geçmişi yansıtan bir fosil gibidir.